第十五章熱學(xué)第3講熱力學(xué)定律和能量守恒定律單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，請盡量言簡意賅的闡述觀點?？键c1熱力學(xué)第一定律及能量

守恒定律考點2熱力學(xué)第二定律考點3熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用練習(xí)幫練透好題精準(zhǔn)分層目錄Contents單擊此處添加標(biāo)題01單擊此處添加標(biāo)題02課標(biāo)要求1.知道熱力學(xué)第一定律.通過有關(guān)史實，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)

現(xiàn)過程，體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義.2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點解釋自然現(xiàn)象.體會能量守恒定律是最

基本、最普遍的自然規(guī)律之一.3.通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律.核心考點五年考情熱力學(xué)第一定律及能量守恒

定律2023：天津T2，全國甲T33(1)；2022：山東T5；2021：山東T2，天津T6；2019：全國ⅠT33(1)熱力學(xué)第二定律2020：全國ⅡT33(1)熱力學(xué)第一定律與氣體實驗

定律的綜合應(yīng)用2023：山東T9，廣東T13；2022：遼寧T6，北京T3，全國乙T33(1)核心素養(yǎng)對接1.物理觀念：掌握熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)相互作用觀念及能量觀念的

形成.2.科學(xué)思維：用綜合分析的方法推導(dǎo)出熱力學(xué)第一定律，并用來解釋和計算能量轉(zhuǎn)

化和轉(zhuǎn)移問題；了解歸納熱力學(xué)第二定律的過程和方法，用來解釋常見的不可逆

過程.3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：基于對熱力學(xué)定律的認(rèn)識，討論合理開發(fā)和利用能源的問題，

培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展觀念，提升社會責(zé)任感.命題分析預(yù)測熱力學(xué)定律單獨考查時側(cè)重考查對熱力學(xué)定律的理解，也常

與氣體實驗定律、圖像等結(jié)合考查，主要為選擇題形式，難

度中等偏易.預(yù)計2025年高考可能會結(jié)合圖像考查熱力學(xué)定

律，要充分理解圖像中各個拐點表示的意義，學(xué)會從圖像中

獲取信息，提升科學(xué)思維.

考點1熱力學(xué)第一定律及能量守恒定律

1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)[1]

；(2)熱傳遞.做功2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的[2]

?與外界對它

所做的功的和.(2)表達(dá)式：ΔU＝[3]

?.(3)表達(dá)式中的正、負(fù)號法則：物理量＋－W外界對物體做功物體對外界做功Q物體吸收熱量物體放出熱量ΔU內(nèi)能[4]

?內(nèi)能[5]

?熱量Q＋W

增加減少3.能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會憑空[6]

?，也不會憑空消失，它只能從一種形式

[7]

為其他形式，或者從一個物體[8]

?到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的

過程中，能量的總量[9]

?.

能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的.(2)第一類永動機是不可能制成的，它違背了[10]

?.產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變能量守恒定律

1.依據(jù)下面情境，判斷下列說法對錯.如圖所示為第一類永動機的設(shè)計圖，它違背了

能量守恒定律.第二類永動機違背了熱力學(xué)第二定律，即從單一熱源吸收的熱量不可

能完全變成功而不產(chǎn)生其他影響.(1)物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變.

(

√

)(2)做功改變物體內(nèi)能的過程是內(nèi)能與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程.

(

√

)(3)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明能量正在消失.

(?)√√?(4)熱機中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化.

(?)?1.[2022山東]如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣

體，初始時汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動90°過程中，缸

內(nèi)氣體(

C

)A.內(nèi)能增加，外界對氣體做正功B.內(nèi)能減小，所有分子熱運動速率都減小C.溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D.溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加C

方法點撥熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況特殊情況結(jié)論分析過程是絕熱的Q＝0，W＝ΔU外界對物體做的功等于物

體內(nèi)能的增加量過程中不做功W＝0，Q＝ΔU物體吸收的熱量等于物體

內(nèi)能的增加量過程的始、末狀態(tài)物體的

內(nèi)能不變W＋Q＝0即物體吸收的熱量全部用

來對外做功，或外界對物

體做的功等于物體放出的

熱量考點2熱力學(xué)第二定律

克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體開爾文表述不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響.或

表述為“第二類永動機是不可能制成的”熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性說明：熱量不可能自發(fā)

地從低溫物體傳到高溫

物體，但在有外界影響

的條件下，熱量可以從

低溫物體傳到高溫物體

2.[多選]如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)

外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷

劑液化，放出熱量到箱體外.下列說法正確的是(

BC

)A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律BC2.[多選]對于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說法正確的是

(

CD

)A.某新型熱機工作時將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響B(tài).凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳

遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.第二類永動機違反了熱力學(xué)第二定律，沒有違反熱力學(xué)第一定律D.熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律CD[解析]某新型熱機工作時將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，必然產(chǎn)生其他

影響，否則違背熱力學(xué)第二定律，選項A錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫

物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項B錯誤；第二類永動機沒有違反能量守恒定

律，熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動機沒有違反

熱力學(xué)第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學(xué)第二定律，故選項C正確；能量

耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，選項D正確.考點3熱力學(xué)第一定律與氣體實驗定律的綜合應(yīng)用

命題點1與理想氣體狀態(tài)方程綜合3.[2022遼寧]一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T的

關(guān)系圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)(

A

)A.對外界做正功B.壓強保持不變C.向外界放熱D.內(nèi)能減少A

命題點2與查理定律綜合4.如圖所示是某氣壓式柱形保溫瓶的結(jié)構(gòu)示意簡圖，現(xiàn)倒入熱水，封閉活塞a，其

與液面間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，此時瓶內(nèi)氣體溫度為T1，壓強為p0，經(jīng)過一段

時間溫度降為T2，忽略這一過程中氣體體積的變化.(1)求溫度降為T2時瓶內(nèi)氣體的壓強p；

(2)封閉氣體溫度由T1降為T2過程中，其傳遞的熱量為Q，則氣體的內(nèi)能如何變化？

求此變化量的大小ΔU.

[答案]內(nèi)能減少ΔU＝Q[解析]封閉氣體溫度由T1下降到T2過程為等容變化過程，W＝0，溫度降低，則氣體內(nèi)能減少，由熱力學(xué)第一定律得W＋Q＝ΔU，解得ΔU＝Q.

命題點3與玻意耳定律綜合5.某民航客機在一萬米左右高空飛行時，需利用空氣壓縮機來保持機艙內(nèi)外氣體壓

強之比為4∶1.機艙內(nèi)有一導(dǎo)熱汽缸，活塞質(zhì)量m＝2kg、橫截面積S＝10cm2，活塞

與汽缸壁之間密封良好且無摩擦.客機在地面靜止時，汽缸如圖(a)所示豎直放置，平

衡時活塞與缸底相距l(xiāng)1＝8cm；客機在高度h處勻速飛行時，汽缸如圖(b)所示水平放

置，平衡時活塞與缸底相距l(xiāng)2＝10cm.汽缸內(nèi)氣體可視為理想氣體，機艙內(nèi)溫度可認(rèn)

為不變.已知大氣壓強隨高度的變化規(guī)律如圖(c)所示，地面大氣壓強p0＝1.0×105

Pa，地面重力加速度g＝10m/s2.圖(a)

圖(b)圖(c)(1)判斷汽缸內(nèi)氣體由圖(a)狀態(tài)到圖(b)狀態(tài)的過程是吸熱還是放熱，并說明原因；[答案]吸熱理由見解析[解析]根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q，由于氣體體積膨脹，對外做功，而

溫度不變，則內(nèi)能保持不變，因此氣體由圖(a)狀態(tài)到圖(b)狀態(tài)吸熱.

(2)求高度h處的大氣壓強，并根據(jù)圖(c)估測出此時客機的飛行高度.[答案]

0.24×105Pa

1×104m

1.[查理定律＋熱力學(xué)第一定律/2023天津]如圖是爬山所帶的氧氣瓶，爬高過程

中，氧氣瓶里的氣體體積和質(zhì)量均不變，溫度降低，則氣體(

B

)A.對外做功B.內(nèi)能減少C.吸收熱量D.壓強不變[解析]爬高過程中，氣體的體積保持不變，則氣體對外不做功，A錯誤；爬高過程

中，氣體溫度降低，則氣體的內(nèi)能減少，B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝W

＋Q，又W＝0，ΔU＜0，則Q＜0，即氣體放出熱量，C錯誤；爬高過程中，氣體的

體積不變，溫度降低，根據(jù)查理定律p＝CT可知氣體的壓強減小，D錯誤.B12342.[T－V圖像、理想氣體狀態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律/2022全國乙/多選]一定量的理

想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其過程如T－V圖上的兩條線段所示，則氣體

在(

ABD

)A.狀態(tài)a處的壓強大于狀態(tài)c處的壓強B.由a變化到b的過程中，氣體對外做功C.由b變化到c的過程中，氣體的壓強不變D.由a變化到b的過程中，氣體從外界吸熱ABDE.由a變化到b的過程中，從外界吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能1234

12343.[熱力學(xué)定律＋氣體實驗定律/2021海南/多選]如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)

a出發(fā)，經(jīng)過等容過程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程到達(dá)狀態(tài)c，直線ac過原點.則氣

體(

AC

)A.在狀態(tài)c的壓強等于在狀態(tài)a的壓強B.在狀態(tài)b的壓強小于在狀態(tài)c的壓強C.在b→c的過程中內(nèi)能保持不變D.在a→b的過程中對外做功AC1234

12344.[氣體實驗定律＋熱力學(xué)定律/2023浙江6月]如圖所示，導(dǎo)熱良好的固定直立圓筒

內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦

滑動.圓筒與溫度300K的熱源接觸，平衡時圓筒內(nèi)氣體處于狀態(tài)A，其體積VA＝600

cm3.緩慢推動活塞使氣體達(dá)到狀態(tài)B，此時體積VB＝500cm3.固定活塞，升高熱源溫

度，氣體達(dá)到狀態(tài)C，此時壓強pC＝1.4×105Pa.已知從狀態(tài)A到狀態(tài)C，氣體從外界

吸收熱量Q＝14J；從狀態(tài)B到狀態(tài)C，氣體內(nèi)能增加ΔU＝25J；大氣壓p0＝

1.01×105Pa.(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，其分子平均動能

(選填“增大”“減小”或“不變”)，圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力

(選填“增大”“

減小”或“不變”)；不變增大[解析]氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B發(fā)生等溫壓縮變化，其氣體內(nèi)能不變，分子平均動

能不變，體積減小，壓強增大，圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力增大1234[解析]氣體處于狀態(tài)A時，對活塞受力分析，有pAS＋mg＝p0S解得pA＝1×105Pa氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B發(fā)生等溫壓縮變化，由玻意耳定律有pAVA＝

pBVB

解得TC＝350K(2)求氣體在狀態(tài)C的溫度TC；[答案]

350K

1234(3)求氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中外界對系統(tǒng)做的功W.

[答案]

11J[解析]

氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C，外界對氣體不做功，所以W等于氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C外界對氣體做的功，由(1)問分析可知，從A到C內(nèi)能的變化量等于從B到C內(nèi)能的變化

量，從A到C由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W＋Q解得W＝11J.1234123456789101.關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是(

A

)A.摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的B.空調(diào)既能制熱又能制冷說明熱傳遞不存在方向性C.第二類永動機不存在的原因是違背了能量守恒定律D.由于能量的轉(zhuǎn)化過程符合守恒定律，所以不會發(fā)生能源危機A[解析]根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的，A

正確；空調(diào)既能制熱又能制冷，但是消耗電能，說明在不自發(fā)的條件下熱傳遞方向

可以逆向，不違背熱力學(xué)第二定律，B錯誤；第二類永動機不存在的原因是違背了

熱力學(xué)第二定律，C錯誤；由于能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化是有方向性的，雖然能量守恒，但

是還會產(chǎn)生能源危機，D錯誤.123456789102.[2024福建寧德一中模擬]根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(

D

)A.熱量既能自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，也能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫

物體B.一定質(zhì)量的理想氣體吸收了熱量，則溫度一定升高C.一定質(zhì)量的理想氣體，如果體積增大，就會對外做功，所以內(nèi)能一定減少D.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功D12345678910[解析]根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不

能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，故A錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋

Q，可知物體內(nèi)能的改變是外界對物體做功與物體吸收的熱量的和，所以氣體吸收

熱量，又對外做功時，氣體的內(nèi)能可能減少，溫度不一定升高，故B錯誤；一定質(zhì)

量的理想氣體，如果壓強不變，體積增大對外做功，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，

溫度一定升高，內(nèi)能增加，故C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，物體不可能從單

一熱源吸收熱量全部用于做功而不產(chǎn)生其他影響，也就是說在引起其他變化的情況

下，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故D正確.123456789103.[情境創(chuàng)新/2024湖北武漢部分學(xué)校調(diào)研]車輛減震裝置中的囊式空氣彈簧由橡膠

氣囊和密閉在其中的壓縮空氣組成，當(dāng)車輛劇烈顛簸時，氣囊內(nèi)的氣體體積快速變

化，以降低車輛的振動幅度.若上述過程可視為絕熱過程，氣囊內(nèi)的氣體可視為理想

氣體，在壓縮氣體的過程中，下列說法正確的是(

D

)A.氣體溫度保持不變B.每個氣體分子的動能都增大C.氣體分子對單位面積器壁的壓力減小D.單位時間內(nèi)單位面積上氣體分子碰撞器壁的次數(shù)增多D12345678910[解析]由題意可知此過程為理想氣體的絕熱壓縮過程，則Q＝0，W＞0，由熱力學(xué)

第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，氣體的溫度升高，A錯誤；由于溫度是分子平均

動能的標(biāo)志，所以此過程中氣體分子的平均動能增大，但并不是每個氣體分子的動

能都增大，B錯誤；由于氣體分子的平均動能增大，氣體體積減小，所以單位時間

內(nèi)單位面積上氣體分子碰撞器壁的次數(shù)增多，氣體分子對單位面積器壁的壓力增

大，C錯誤，D正確.123456789104.[2022北京]如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，沿圖示路徑先后到達(dá)

狀態(tài)b和c.下列說法正確的是(

D

)A.從a到b，氣體溫度保持不變B.從a到b，氣體對外界做功C.從b到c，氣體內(nèi)能減少D.從b到c，氣體從外界吸熱[解析]

D123456789105.[2023湖南長沙摸底考試]如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的汽缸內(nèi)用活塞封閉著一定質(zhì)

量的理想氣體，汽缸固定不動.一條細(xì)線一端連接在活塞上，另一端跨過光滑的定滑

輪后連接在一個小桶上，開始時活塞靜止.現(xiàn)不斷向小桶中添加細(xì)砂，使活塞緩慢向

右移動(活塞始終未被拉出，汽缸周圍環(huán)境溫度不變).則在活塞移動的過程中，下列

說法正確的是(

C

)A.汽缸內(nèi)氣體分子的平均動能變大B.汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變小C.汽缸內(nèi)氣體的壓強變小D.汽缸內(nèi)氣體向外界放熱C12345678910[解析]

123456789106.[2024遼寧錦州模擬]一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V

－T圖像如圖所示.下列說法正確的是(

B

)A.A→B的過程中，氣體對外界做功B.A→B的過程中，氣體放出熱量C.B→C的過程中，氣體壓強變小D.A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能增加[解析]由圖可知，A→B的過程中，氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，外界

對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，故A錯誤，B正確；B→C的

過程中，V－T圖線的延長線過原點，則為等壓變化，氣體壓強不變，故C錯誤；

A→B→C的過程中，氣體溫度先不變后降低，內(nèi)能先不變后減少，故D錯誤.B12345678910

7.[2023山東/多選]一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強為1×105Pa.經(jīng)等

容過程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經(jīng)等壓過程，需要吸收600J

的熱量才能使氣體溫度上升100K.下列說法正確的是(

AD

)A.初始狀態(tài)下，氣體的體積為6LB.等壓過程中，氣體對外做功400JD.兩個過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為400JAD12345678910

123456789108.[2023廣東]在駐波聲場的作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發(fā)生周期性變

化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)的氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨

脹和收縮過程可簡化為如圖所示的p－V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強為p0、體積為

V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱

收縮到體積為V0、壓強為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C的過程外界對氣體做功為

W.

已知p0、V0、T0和W.

求：(1)pB的表達(dá)式；

[解析]由題意可知從狀態(tài)A到狀態(tài)B，氣體發(fā)生等溫變化，由玻意耳定律有p0V0＝pB·5V0

12345678910(2)TC的表達(dá)式；[答案]

TC＝1.9T0

解得TC＝1.9T012345678910(3)B到C的過程，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能的變化.[答案]內(nèi)能增加了W[解析]

由題意可知從狀態(tài)B到狀態(tài)C，氣體發(fā)生絕熱收縮，Q＝0根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝Q＋W＝W故B到C的過程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了W.

123456789109.某探究小組設(shè)計了一個報警裝置，其原理如圖所示.在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用

面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑

動.開始時氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A.

環(huán)境溫

度升高時容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此

時氣體到達(dá)狀態(tài)B.

活塞保持不動，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時觸動

報警器.從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J.取大氣壓p0＝0.99×105

Pa，重力加速度g＝10m/s2，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；12345678910[